GPS原理和應用第二講

1、 武漢大學武漢大學 測繪學院測繪學院 GPSGPS原理及其應用課程組原理及其應用課程組GPS原理及其應用原理及其應用 ( (二二) )GPS原理及其應用原理及其應用第一章第一章緒緒 論論1.3 美國政府的美國政府的GPS政策政策1.4 其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)GPS原理及其應用原理及其應用1.3 美國政府的美國政府的GPS政策政策GPS原理及其應用原理及其應用美國政府的美國政府的GPS政策政策 SPS與與PPS SPS 標準定位服務標準定位服務 使用使用C/A碼，民用碼，民用 2DRMS水平水平=100 m 2DRMS垂直垂直=150-170 m 2DRMS時間時間=340 n

2、s PPS 精密定位服務精密定位服務 可使用可使用P碼，軍用碼，軍用 2DRMS水平水平=22 m 2DRMS垂直垂直=27.7 m 2DRMS時間時間=200 ns緒論緒論 美國政府的美國政府的GPS政策政策GPS原理及其應用原理及其應用美國政府的美國政府的GPS政策政策 SA技術（技術（1990.3.252000.5.1） Selective Availability 選擇可用性選擇可用性 人為降低普通用戶的測量精度。方法人為降低普通用戶的測量精度。方法: 技術：降低星歷精度（加入隨機變化）技術：降低星歷精度（加入隨機變化） 技術：衛(wèi)星鐘加高頻抖動技術：衛(wèi)星鐘加高頻抖動（短周期，快變化）（

3、短周期，快變化） AS技術（技術（1994.1.31至今）至今） Anti-Spoofing 反電子欺騙反電子欺騙 P碼加密，碼加密，P+WY緒論緒論 美國政府的美國政府的GPS政策政策GPS原理及其應用原理及其應用GPS現(xiàn)代化現(xiàn)代化 1999年年1月月25日，美國副總統(tǒng)戈爾宣布，將日，美國副總統(tǒng)戈爾宣布，將斥資斥資40億美元，進行億美元，進行GPS現(xiàn)代化?，F(xiàn)代化。 GPS現(xiàn)代化實質(zhì)是要加強現(xiàn)代化實質(zhì)是要加強GPS對美軍現(xiàn)代化對美軍現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中的支撐和保持全球民用導航領域中的戰(zhàn)爭中的支撐和保持全球民用導航領域中的領導地位。領導地位。緒論緒論 美國政府的美國政府的GPS政策政策GPS原理及其應用

4、原理及其應用GPS現(xiàn)代化現(xiàn)代化 GPS現(xiàn)代化的內(nèi)涵：現(xiàn)代化的內(nèi)涵： 保護。即保護。即GPS現(xiàn)代化是為了更好地保護美方和現(xiàn)代化是為了更好地保護美方和友好方的使用，要發(fā)展軍碼和強化軍碼的保密友好方的使用，要發(fā)展軍碼和強化軍碼的保密性能，加強抗干擾能力；性能，加強抗干擾能力； 阻止。即阻擾敵對方的使用，施加干擾，施加阻止。即阻擾敵對方的使用，施加干擾，施加SA，AS等；等； 保持。即是保持在有威脅地區(qū)以外的民用用戶保持。即是保持在有威脅地區(qū)以外的民用用戶有更精確更安全的使用。有更精確更安全的使用。緒論緒論 美國政府的美國政府的GPS政策政策GPS原理及其應用原理及其應用GPS現(xiàn)代化現(xiàn)代化 GPS現(xiàn)代

5、化第一階段現(xiàn)代化第一階段 發(fā)射發(fā)射12顆改進型的顆改進型的BLOCK R型衛(wèi)星。型衛(wèi)星。 GPS現(xiàn)代化第二階段現(xiàn)代化第二階段 發(fā)射發(fā)射6顆顆GPS BLOCK F （“FLite”）。）。 GPS現(xiàn)代化計劃的第三階段現(xiàn)代化計劃的第三階段 發(fā)射發(fā)射GPS BLOCK 型衛(wèi)星，在型衛(wèi)星，在2003年前完成年前完成代號為代號為GPS 的的 GPS完全現(xiàn)代化計劃設計工作。完全現(xiàn)代化計劃設計工作。緒論緒論 美國政府的美國政府的GPS政策政策GPS原理及其應用原理及其應用1.4其他衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的概況其他衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的概況GPS原理及其應用原理及其應用其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)GLON

6、ASS GLONASS Global Navigation Satellite System（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)） 開發(fā)者開發(fā)者 俄羅斯（前蘇聯(lián)）俄羅斯（前蘇聯(lián)） 系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成 衛(wèi)星星座衛(wèi)星星座 地面控制部分地面控制部分 用戶設備用戶設備緒論緒論 其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) GLONASSGPS原理及其應用原理及其應用GLONASS constellationGLONASS satelliteP24P24緒論緒論 其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) GLONASS其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)GLONASSGPS原理及其應用原理及其應用 GL

7、ONASS與與GPS的比較的比較參 數(shù)GLONASSNAVSTAR GPS系統(tǒng)中的衛(wèi)星數(shù)213213軌道平面數(shù)36軌道傾角64.8 55軌道高度19100km20180km軌道周期（恒星時）11h15min12h衛(wèi)星信號的區(qū)分FDMACDMAL1頻率16021615MHz頻道間隔0.5625MHz1575MHzL2頻率12461256MHz頻道間隔0.4375MHz1228MHz緒論緒論 其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) GLONASSGPS原理及其應用原理及其應用其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)GLONASS 衛(wèi)星運行狀況衛(wèi)星運行狀況 從從1982年年10月月12日發(fā)射第一顆

8、日發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星起，衛(wèi)星起，至至1995年年12月月14日共發(fā)射了日共發(fā)射了73顆衛(wèi)星。顆衛(wèi)星。 由于衛(wèi)星壽命過短，加之俄羅斯前一段時間經(jīng)由于衛(wèi)星壽命過短，加之俄羅斯前一段時間經(jīng)濟狀況欠佳，無法及時補充新衛(wèi)星，故該系統(tǒng)濟狀況欠佳，無法及時補充新衛(wèi)星，故該系統(tǒng)不能維持正常工作。不能維持正常工作。 到目前為止（到目前為止（2006年年3月月20日）日）,GLONASS系統(tǒng)系統(tǒng)共有共有17顆衛(wèi)星在軌。其中有顆衛(wèi)星在軌。其中有11顆衛(wèi)星處于工作顆衛(wèi)星處于工作狀態(tài)，狀態(tài)，2顆備用，顆備用，4顆已過期而停止使用。俄羅顆已過期而停止使用。俄羅斯計劃到斯計劃到2007年使年使GLONASS系統(tǒng)的

9、工作衛(wèi)星數(shù)系統(tǒng)的工作衛(wèi)星數(shù)量至少達到量至少達到18顆，開始發(fā)揮導航定位功能。顆，開始發(fā)揮導航定位功能。緒論緒論 其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) GLONASSGPS原理及其應用原理及其應用其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)Galileo 伽俐略（伽俐略（Galileo）衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)）衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 2002年年3月月24日歐盟決定研制組建自己的民用衛(wèi)日歐盟決定研制組建自己的民用衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)星導航定位系統(tǒng) Galileo系統(tǒng)。系統(tǒng)。 Galileo衛(wèi)星星座將由衛(wèi)星星座將由27顆工作衛(wèi)星和顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)顆備用衛(wèi)星組成，這星組成，這30顆衛(wèi)星將均勻分布在顆衛(wèi)星將均勻

10、分布在3個軌道平面?zhèn)€軌道平面上，衛(wèi)星高度為上，衛(wèi)星高度為23616km，軌道傾角為，軌道傾角為56。 Galileo系統(tǒng)是一種多功能的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，系統(tǒng)是一種多功能的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，具有公開服務、安全服務、商業(yè)服務和政府服具有公開服務、安全服務、商業(yè)服務和政府服務等功能，但只有前兩種服務是自由公開的，務等功能，但只有前兩種服務是自由公開的，后兩種服務則需經(jīng)過批準后才能使用。后兩種服務則需經(jīng)過批準后才能使用。緒論緒論 其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) GalileoGPS原理及其應用原理及其應用the Galileo satellite constellation altitude

11、 23616 kmSMA 29993.707 kminclination 56 degrees period 14 hours 4 min ground track repeat about 10 daysG G G GA A L LI IL LE E O OA A L LI IL LE E O OD D A A T TA AD D A A T TA A27 + 3 satellites in three Medium Earth Orbits (MEO)Walker 27/3/1ConstellationP26P26其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)Galileo緒論緒論 其它衛(wèi)星導航

12、定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) GalileoGPS原理及其應用原理及其應用其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)Galileo 2005年年12月月28日第一顆日第一顆Galileo試驗衛(wèi)星（試驗衛(wèi)星（Galileo In-Orbit Validation Elements-GlOVE-A）成功進入）成功進入高度為高度為2.3萬萬Km的預定軌道。的預定軌道。2006年年1月月12日，日，GlOVE-A已開始向地面發(fā)送信號。已開始向地面發(fā)送信號。 這標志著總投資為這標志著總投資為34億歐元（約合億歐元（約合41億美元）的計億美元）的計劃已進入實施階段。到劃已進入實施階段。到2010年歐洲將發(fā)射

13、年歐洲將發(fā)射30顆服役顆服役期約為期約為20年的正式衛(wèi)星，完成伽利略衛(wèi)星星座的部年的正式衛(wèi)星，完成伽利略衛(wèi)星星座的部署工作。署工作。 伽利略系統(tǒng)建成后，美歐兩大相互兼容的導航定位伽利略系統(tǒng)建成后，美歐兩大相互兼容的導航定位系統(tǒng)將大大有助于提供導航定位的精度和可靠性。系統(tǒng)將大大有助于提供導航定位的精度和可靠性。P28P28緒論緒論 其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) GalileoGPS原理及其應用原理及其應用GIOVE A GIOVE B the GIOVE SatelliteP29P29其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)Galileo GIOVE的主要目標的主要目標: 頻率信號測

14、試；頻率信號測試； 驗證一些關鍵技術（比如銣原子鐘、氫原子鐘）；驗證一些關鍵技術（比如銣原子鐘、氫原子鐘）； 軌道環(huán)境特征測試；軌道環(huán)境特征測試； 并行并行2或或3通道信號傳輸測試。通道信號傳輸測試。緒論緒論 其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) GalileoGPS原理及其應用原理及其應用其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) 我國自行研制的兩顆北斗我國自行研制的兩顆北斗導航試驗衛(wèi)星分別于導航試驗衛(wèi)星分別于2000年年10月月31日和日和12月月20日從日從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空并西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空并準確進入預定的地球同步準確進入預定的地球同步軌道（東經(jīng)

15、軌道（東經(jīng)80和和140的赤的赤道上空），此外另一顆備道上空），此外另一顆備用衛(wèi)星也被送入預定軌道用衛(wèi)星也被送入預定軌道（東經(jīng)（東經(jīng)110.5的赤道上空），的赤道上空），標志著我國擁有了自己的標志著我國擁有了自己的第一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)第一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)BD1。緒論緒論 其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) GPS原理及其應用原理及其應用北斗1代衛(wèi)星導航系統(tǒng)組成圖P32P32其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) “北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)”系統(tǒng)是由空間衛(wèi)星、地系統(tǒng)是由空間衛(wèi)星、地面控制中心站和北斗用面控制中心站和北斗

16、用戶終端三部分構(gòu)成。戶終端三部分構(gòu)成。 空間部分包括兩顆地球空間部分包括兩顆地球同步軌道衛(wèi)星（同步軌道衛(wèi)星（GEO）組成。衛(wèi)星上帶有信號組成。衛(wèi)星上帶有信號轉(zhuǎn)發(fā)裝置，完成地面控轉(zhuǎn)發(fā)裝置，完成地面控制中心站和用戶終端之制中心站和用戶終端之間的雙向無線電信號的間的雙向無線電信號的中繼任務。中繼任務。緒論緒論 其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) GPS原理及其應用原理及其應用其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)用戶終端分為定位通信終端集團用戶管理站終端差分終端校時終端等緒論緒論 其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 北斗

17、衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) GPS原理及其應用原理及其應用其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) 與與GPS系統(tǒng)不同，所有用戶終端位置的計算都是在系統(tǒng)不同，所有用戶終端位置的計算都是在地面控制中心站完成。因此，控制中心可以保留地面控制中心站完成。因此，控制中心可以保留全部北斗終端用戶機的位置及時間信息。同時，全部北斗終端用戶機的位置及時間信息。同時，地面控制中心站還負責整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理。地面控制中心站還負責整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理。 與與GPS、GLONASS、Galileo等國外的衛(wèi)星導航系等國外的衛(wèi)星導航系統(tǒng)相比，統(tǒng)相比，BD1有自己的優(yōu)點。如投資少，組建快；有自己的優(yōu)點。如投資少，組建快；具有通信功能；捕獲信號快等。但也存在著明顯具有通信功能；捕獲信號快等。但也存在著明顯的不足和差距，如用戶隱蔽性差；無測高和測速的不足和差距，如用戶隱蔽性差；無測高和測速功能；用戶數(shù)量受限制；用戶的設備體積大、重功能；用戶數(shù)量受限制；用戶的設備體積大、重量重、能耗大等。量重、能耗大等。緒論緒論 其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) GPS原理及其應用原理及其應用其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) BD2 為了使我國的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的性能有實質(zhì)為了使我